UCP基因多态性与2型糖尿病视网膜病变的相关性研究进展

刘永莹(综述)，杨　莹(审校)

(云南省第二人民医院内分泌科，昆明 650032)



UCP基因多态性与2型糖尿病视网膜病变的相关性研究进展

刘永莹△(综述)，杨莹※(审校)

(云南省第二人民医院内分泌科，昆明 650032)

摘要：糖尿病视网膜病变(DR)的发生、发展与糖尿病的病程、血糖水平、血脂水平及氧化应激损伤密切相关。解偶联蛋白(UCP)是一类线粒体内膜蛋白，在维持体温、能量代谢、脂肪酸代谢及氧化应激损伤等生理过程中发挥重要作用。UCP基因多态性可导致UCP功能异常，使胰岛素、非酯化脂肪酸和活性氧类调节紊乱，促进DR的发生、发展。该文综述了UCP的生理学功能、UCP基因多态性与DR相关性的研究进展，为阐明DR的发病机制提供了依据。

关键词：糖尿病视网膜病变；解偶联蛋白；氧化应激

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病严重并发症之一，可造成视力受损和失明，在眼底病变中居首位[1]。DR的发生、发展与糖尿病的病程、血糖水平、血脂水平及氧化应激损伤密切相关[2]。解偶联蛋白(uncoupling protein,UCP)属于线粒体载体超家族，是一类位于线粒体内膜上的载体。已知的UCP有5类，分别是UCP1、UCP2、UCP3、UCP4和UCP5。UCP1主要存在于棕脂肪组织中，在胰腺中也有部分表达，其基因定位于染色体4q31，全长13 kb，共6个外显子；UCP2分布广泛，在胰岛β细胞、骨骼肌和心肌等组织中均有表达；UCP3主要位于骨骼肌中，UCP2和UCP3的基因均定位于染色体11q13，长分别有615 kb和817 kb，亦有6个编码外显子，5′端还有非编码外显子；UCP4和UCP5主要位于脑组织中，其基因定位于染色体6p11及2q12[3]。除UCP4和UCP5外，UCP1、UCP2和UCP3在DR发病中或多或少均发挥了作用。现就UCP基因多态性与DR的相关性研究进展予以综述。

1UCP的生理学功能

UCP将氢离子从线粒体内膜外侧转运至线粒体基质上，消除了线粒体内膜两侧的跨膜质子梯度差，减缓了氧化磷酸化过程，使腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)合成转化为热能。

1.1控制产热、维持体温UCP通过介导氢离子转运，使能量转化为热量，从而维持机体体温。其中发挥作用的主要是UCP1，UCP1多位于棕脂肪组织中，在寒冷和食物诱导的热量产生中发挥作用。研究表明，UCP1基因剔除的小鼠无法在寒冷中维持体温[4]，但剔除UCP2和UCP3的小鼠在寒冷中却可以维持正常体温，提示UCP1是维持体温的主要蛋白[5]。

1.2调节活性氧类(reactive oxygen species,ROS)的产生线粒体产生能量的同时也产生ROS，大部分ROS在氧代谢的电子传递链过程中产生。在正常条件下，大部分的质子梯度差主要用于合成ATP，仅0.1%左右会生成ROS，UCP通过消除质子梯度差从而抑制ROS的产生[6]。研究表明，UCP2表达增加的同时可增加氧的消耗以及减少ROS的产生[7]。Vidal-Puig等[8]发现，与野生型小鼠相比，剔除了UCP3小鼠的线粒体中可检测到更多的ROS，提示UCP2、UCP3对ROS产生具有重要调节作用，其抑制调控可能是一种反馈抑制机制。

1.3调节能量平衡及脂肪酸氧化研究表明，UCP在机体能量代谢中发挥作用，在饥饿状态下，UCP1基因表达下降，而肌肉中UCP2和UCP3基因表达增加，同时可见机体代谢率降低[9]。另有实验表明，UCP与脂肪酸代谢有密切关系，高脂饮食可提高脂肪组织中UCP1、UCP2以及骨骼肌中UCP3的表达水平，而β氧化增强时，UCP2和UCP3的表达增加，而其机制可能与UCP运输脂肪酸作用相关[10]，提示UCP2和UCP3在调节能量平衡和脂肪酸代谢中具有重要作用。

1.4调节ATP的产生速度在静息状态下，ATP利用少，腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)水平低，与ATP合成酶偶联的质子转运低，因此，UCP介导的质子转运增加，使线粒体跨膜质子浓度差减小，氧化磷酸化过程减慢，ATP生成减少，而能量转换为热量增多[6]。当机体ATP的利用增加时，ADP水平增高，造成UCP介导的质子转运降低，从而使大部分质子与ATP合成酶偶联，ATP合成增加[11]，其中UCP2和UCP3发挥主要功能。

1.5调节体质量研究表明，UCP1和UCP3在白色脂肪组织和骨骼肌中过度表达能使肥胖者的体质量减轻[12]。Emilsson等[13]报道，相比较纤瘦的大鼠，肥胖大鼠的棕脂肪、白脂肪及骨骼肌中UCP2、UCP3的表达水平要低2～3倍，提示肥胖的发生与UCPs的差异表达有关。

2UCP与DR的关系

2.1对胰岛素的调节Bordone等[14]通过β细胞株发现，UCP2表达增加能抑制高葡萄糖刺激诱导的ATP水平增加，而ATP/ADP比值增高是刺激胰岛β细胞分泌胰岛素的重要偶联信号；ATP/ADP比值增高可使β细胞线粒体内膜上ATP敏感的钾离子通道关闭，钙离子通道开放，而钙离子内流可促进分泌胰岛素；UCP通过调控ATP合成，从而调控胰岛素分泌。在1型糖尿病动物模型及2 型糖尿病患者中，均检测到UCP2和UCP3的表达水平升高[15]。Affourtit和Brancl[16]证实，胰岛细胞中UCP2 表达增加，胰岛素分泌被抑制，而剔除UCP2后，胰岛素分泌正常，动物血糖水平降低。

2.2对非酯化脂肪酸及ROS的调节UCP对转运非酯化脂肪酸和脂肪酸过氧化氢物均有作用，从而减少ROS产生；同时，UCP通过解偶联作用，降低了电化学质子浓度梯度，从而抑制了ROS生成，特别是UCP2可减轻ROS对细胞的损伤，对细胞组织有保护作用[5]。

3UCP基因多态性与DR的关系

UCP基因多态性导致UCP表达水平变化，从而引起氧化应激、脂肪代谢及胰岛素分泌一系列内环境紊乱，导致DR的发生。

3.1UCP1多态性与DRBrondani等[17]调查了153例1型糖尿病DR患者中UCP1 -3826A/G多态性发现，G/G基因型角膜UCP1的表达量比A/A携带者高2倍，表明UCP1 -3826G/G 基因型是DR的易患因素。

3.2UCP2多态性与DRBrondani等[18]报道UCP2的多态性主要包括：5′端上游启动子区-866 G/A 变异、外显子2 G/A 变异、外显子4 C/T变异、外显子8非翻译区的45 bp和3 bp 的ins/del变异，而外显子2G/A、3 bp的ins/del变异极为罕见。

3.2.1Ala55Val及-866 G/A多态性Ala55Val (rs660339)定位于UCP2的第4外显子，该位点碱基的变化可导致编码氨基酸的改变(丙氨酸-缬氨酸)；UCP2基因-866G/A(rs659366)定位于UCP2启动子区，该位点碱基的差异可改变转录因子PAX6 (配对盒因子6)的结合，而该转录因子调控基因可能与胰腺发育、β细胞功能相关[19]。UCP2基因Ala55Val的变异与2型糖尿病有重要关系，Yu等[20]研究发现,黑人中UCP2基因Ala55Val基因型者糖尿病发病率更高。Palmer等[21]通过限制性片段长度多态性聚合酶链反应发现，携带UCP2 -866 AA/GA基因型的糖尿病心肌梗死患者比-866 AA/GG基因型的对照患者，具有更高的髓过氧化物酶水平和更差的生存率。Jia等[22]通过对大鼠的胰岛β细胞研究发现，UCP2基因的-866 G/A的A等位基因可增高UCP2基因的转录活性。还有研究者也报道了携带-866A等位基因的非糖尿病患者静脉或口服葡萄糖时胰岛素的分泌减少，从而增加2型糖尿病及并发症的发病风险[23]。与携带G等位基因患者相比，携带A等位基因的2型糖尿病患者的葡萄糖耐量试验胰岛素分泌明显降低；此外，A等位基因携带者有较高腰围/臀围比率，且血浆中氧化应激标志物水平升高，导致代谢综合征的发病风险增高，从而更易诱导DR的发生[24]。但闻杰[25]通过荟萃分析发现，-866 G/A及Ala55Val多态性没有明显相关性。另有学者指出，巴西人UCP2基因的A val ins/A val ins单倍体(-866/A、Ala55Val和ins/del多态性)可增加2型糖尿病患者及DR患者并发增生性DR的风险[26]。

3.2.28号外显子的45 bp ins/del位点多态性Walder等[15]在检测UCP2基因序列时发现，8号外显子3′非翻译区45 bp的ins/del杂合子比纯合子24 h静息代谢率更高，而当ins/del杂合子位于3′非翻译区下游150 bp处时,没有明显区别，提示ins/del基因多态性的位置可能会影响UCP2信使RNA的稳定性。而冯晓朋等[3]的研究发现，糖尿病患者中,UCP2基因8号外显子3′非翻译区45 bp ins/del基因多态性与中国人2型糖尿病并发视网膜病变无关。

3.3UCP3多态性与DRArgyropoulos等[27]的研究发现，美国黑人和Mende部落成员中存在UCP3基因G304A和6号外显子剪接位点的多态性，且6号外显子突变者的基础脂肪氧化比下降了50%，说明UCP3与基础代谢密切相关，但在高加索人群中未发现同类现象。但杨玉芝等[28]的研究却提示，UCP3基因G304A多态性与中国人DR无明显关系，说明UCP3的多态性存在地域差异，且与DR的关系也不尽相同。

4小结

UCPs作为一类线粒体转运蛋白，在调节产热、能量代谢、脂肪酸代谢及氧化应激损伤中发挥重要作用，其主要生理学功能决定了UCPs在DR发病中必然具有重要作用。UCPs多态性可能造成UCPs表达或蛋白结构发生异常，导致疾病发生发展，并且可能具有可遗传性。虽然大量研究工作已经为UCPs多态性在DR中的作用机制提供依据，但尚有许多领域仍不为人知，而其作用机制的阐明对于糖尿病和并发症的早期预警将具有重大意义，值得深入研究。

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Study Progress of Correlation between UCP Polymorphism and Type 2 Diabetic RetinopathyLIUYong-ying,YANGYing.(DepartmentofEndocrinology,theSecondPeople′sHospitalofYunnanProvince,Kunming650032,China)

Abstract：The occurrence and development of diabetic retinopathy(DR) are closely associated with duration of diabetes,blood sugar levels,blood lipid level and oxidative stress injury.Uncoupling protein(UCP) is a class of carrier,locating in mitochondrial inner membrane.UCP plays an important role in maintaining body temperature,energy metabolism,fatty acid metabolism,oxidative stress injury,and so on.The polymorphism of gene UCP can damage its function,which further results in disturbances of the regulation of insulin,free fatty acids and Reactive oxygen species and DR onset and progress in the end.Here reviews the functions of UCP and the research progress of the relationship between UCP gene polymorphism and DR,in order to provide the basic evidence for the clarification of DR pathogenesis.

Key words:Diabetic retinopathy； Uncoupling protein； Oxidative stress

收稿日期：2014-09-22修回日期：2014-12-31编辑：郑雪

基金项目：国家自然科学基金(81260135)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.042

中图分类号：R587.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2412-03